陳鴻毅 CHEN Hong-yi；代麗 DAI Li；張真 ZHANG Zhen；姜新舒 JIANG Xin-shu；黃倩HUANG Qian；張榮勇ZHANG Rong-yong

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

我國(guó)核電站目前均在沿海一線投運(yùn)，核電冷卻水一般采用直流冷卻的方式，而直流冷卻水則一般取自近海海域，核電每年取水量較大，在取水過(guò)程中，由于卷載效應(yīng)和卷塞效應(yīng)，可能會(huì)無(wú)可避免地對(duì)海生物產(chǎn)生一定負(fù)面效應(yīng)。其中，卷塞作用指的是，海生物隨水流進(jìn)入核電冷卻系統(tǒng)時(shí)被攔截在濾網(wǎng)等特定裝置上，導(dǎo)致海生物的損傷或死亡；卷載作用指的是，小型海生物在進(jìn)入取水冷卻系統(tǒng)后，因熱效應(yīng)、機(jī)械作用、余氯等殺生劑而導(dǎo)致的死亡現(xiàn)象。一個(gè)熱帶沿海發(fā)電廠，其直流冷卻系統(tǒng)的泵將海水、浮游植物、浮游動(dòng)物吸入，其種群密度在排放點(diǎn)分別降低64%和93%[1]。研究表明，卷載作用往往造成的生物損失更大[2，3]。

1972年，美國(guó)國(guó)會(huì)頒布《清潔水法》，該法中規(guī)定要使用現(xiàn)有最佳技術(shù)最大限度減少魚(yú)類(lèi)和其他水生生物在冷卻水取水結(jié)構(gòu)中卷塞卷載的不利影響[4]。近年來(lái)，國(guó)家相關(guān)監(jiān)管部門(mén)對(duì)水生態(tài)保護(hù)建設(shè)要求不斷提高，在取水過(guò)程中，要注意保護(hù)海生物，減少取水卷塞卷載效應(yīng)導(dǎo)致的海生物損失。在2019年發(fā)布的《核動(dòng)力廠取排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)指南》（試行）（HJ 1037-2019）中，也對(duì)核電取水的生態(tài)影響提出明確要求，要求密切關(guān)注核電取水影響，當(dāng)取水的影響大時(shí)需要提出補(bǔ)救方案和相應(yīng)的改進(jìn)措施；指南中還明確規(guī)定環(huán)境影響的評(píng)價(jià)時(shí)間，在核動(dòng)力廠運(yùn)行后，應(yīng)在五年內(nèi)對(duì)取水措施的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，此外，對(duì)取排水環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法亦提出卷載調(diào)查應(yīng)至少進(jìn)行兩周年的明確要求。因此，核電站取水的卷吸卷載影響問(wèn)題以及海生物保護(hù)問(wèn)題值得密切關(guān)注。

1 引起卷塞卷載的因素

引起取水卷塞卷載作用的因素很多，如攔截、熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、化學(xué)因素等。攔截主要發(fā)生在核電站取水的前端攔截設(shè)施，通常由不同尺寸的攔污網(wǎng)、格柵等組成，其作用是攔截海水中的雜物，避免雜物進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)引起設(shè)備故障。在這過(guò)程中，一些海生物可能在水泵的抽吸下順著取水口進(jìn)入攔截設(shè)施而被攔截、束縛。熱效應(yīng)是由于冷卻水系統(tǒng)對(duì)核電站的乏汽進(jìn)行冷卻導(dǎo)致的水溫升高所帶來(lái)的影響，可以分為直接熱效應(yīng)和間接熱效應(yīng)，前者是指進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)的海生物直接受被加熱的循環(huán)水的影響，后者則是核電站長(zhǎng)期的溫排水對(duì)核電站取水水溫的影響進(jìn)而對(duì)生態(tài)及生物的作用。機(jī)械效應(yīng)的表現(xiàn)方式主要包括絞傷、撞擊、壓力變化等，這些與冷卻水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備、水的流速、管道壓力等有關(guān)?；瘜W(xué)因素主要來(lái)自于殺生劑，由于核電站為了防止一些污損生物在管道附著而投加大量殺生劑，過(guò)多的殺生劑會(huì)影響海生物的生存環(huán)境。此外，一些自然因素如高溫、極端天氣等也是造成或促進(jìn)卷塞卷載作用的重要因素。

雖然不同因素的作用強(qiáng)度和作用效果不盡相同，但它們?cè)谥绷骼鋮s的核電站長(zhǎng)期存在，且具有協(xié)同效應(yīng)。以一臺(tái)百萬(wàn)千瓦機(jī)組為例，循環(huán)水流量60~70m3/s，投加殺生劑約1mg/L，溫排水升溫約8℃，每年運(yùn)行7000余小時(shí)，如此大的取水體量和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)會(huì)增大攔截的概率及熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、化學(xué)因素的負(fù)向作用，長(zhǎng)期運(yùn)行將進(jìn)一步加劇卷塞卷載所帶來(lái)的影響，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，非正向的人為因素下原有的生態(tài)環(huán)境必將發(fā)生惡性變化。

2 卷塞卷載作用的負(fù)面效應(yīng)

卷塞卷載作用對(duì)海生物個(gè)體的存活和種群生物量具有直接或間接的影響。一方面，海生物在經(jīng)過(guò)冷卻系統(tǒng)的過(guò)程中受到機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)等能夠直接致死；另一方面，存活的個(gè)體在經(jīng)過(guò)機(jī)械損傷、余氯中毒、冷熱溫度刺激等作用后，其生存能力、繁殖能力有所下降。

在受到取水卷塞卷載影響的海生物中，小型浮游生物、甲殼動(dòng)物、仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵等是較為常見(jiàn)的類(lèi)群，尤其是處于海洋魚(yú)類(lèi)早期生活史階段的仔稚幼魚(yú)和魚(yú)卵。由于仔稚幼魚(yú)游泳能力較弱，魚(yú)卵則完全無(wú)游泳能力，因此更易受到核電取水卷載作用的影響。有研究表明，在所有經(jīng)過(guò)電站冷卻系統(tǒng)的仔稚幼魚(yú)中，僅有1%~3.7%能夠存活[5]。2019年~2020年，針對(duì)田灣核電開(kāi)展了取水生物損失量調(diào)查，結(jié)果表明，1~4號(hào)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，魚(yú)卵全年損失總量為6.71×109個(gè)，仔魚(yú)全年損失量為3.18×109個(gè)。暨南大學(xué)在對(duì)大亞灣核電站進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)的幼卵、幼蝦進(jìn)行Monte Carlo方法計(jì)算，得出取水過(guò)程造成其損失率為4.3%[6]。可見(jiàn)仔稚幼魚(yú)的卷載損失量較高，對(duì)于漁業(yè)資源的可持續(xù)性存在一定負(fù)面效應(yīng)。

此外，從生態(tài)系統(tǒng)角度來(lái)看，卷塞卷載作用導(dǎo)致的生物量減少可能引起生態(tài)失衡等負(fù)面效應(yīng)[7]。一方面，低端物種或劣勢(shì)物種的減少可能造成多級(jí)消費(fèi)者的數(shù)量銳減，且其影響迅速；另一方面，優(yōu)勢(shì)物種的減少可能使某一些被消費(fèi)者在短時(shí)間內(nèi)迅速繁殖，一旦發(fā)生生物爆發(fā)，則容易導(dǎo)致冷端取水堵塞，進(jìn)而引發(fā)核電站機(jī)組降功率運(yùn)行或緊急停堆等事故工況。國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)生多起海生物爆發(fā)堵塞核電站取水口事件，如2021年7月，紅沿河核電站因大量海月水母進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)組停堆；2020年3月，陽(yáng)江核電站取水海域爆發(fā)大量毛蝦、水虱，導(dǎo)致多臺(tái)機(jī)組停堆[8]。海生物爆發(fā)引起的事故工況不僅對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的沖擊，而且會(huì)使核電站造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

總體來(lái)說(shuō)，卷塞卷載效應(yīng)對(duì)海洋生態(tài)、漁業(yè)資源補(bǔ)充、核電站運(yùn)行都有一定的負(fù)面效應(yīng)，特別是仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵對(duì)整個(gè)漁業(yè)資源的恢復(fù)、水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用，影響核電的環(huán)境友好性。然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在選址和建設(shè)核電站時(shí)，更多地考慮建設(shè)運(yùn)行成本和收益，缺乏對(duì)生態(tài)、生物資源的全局衡量，不利于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、漁業(yè)資源保護(hù)，因此，核電站取水的卷塞卷載問(wèn)題需要給予更多關(guān)注。

3 卷塞卷載的研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于卷塞卷載已有一定研究，但針對(duì)于仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵的研究較少。美國(guó)、德國(guó)、瑞典、法國(guó)等早在上個(gè)世紀(jì)70年代就已經(jīng)開(kāi)始核電站卷載效應(yīng)方面的研究，取得了不少的成果。Huggett等[9]通過(guò)在庫(kù)貝格核電站長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)在卷載效應(yīng)下，浮游植物的生物量平均減少55.33%；各類(lèi)浮游動(dòng)物的死亡率平均為17.48%，其中作為優(yōu)勢(shì)物種的橈足類(lèi)動(dòng)物的平均死亡率達(dá)到21.88%。在瑞典西部沿岸核電站冷卻水系統(tǒng)的卷載作用的研究結(jié)果表明，進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)的浮游動(dòng)物會(huì)受到機(jī)械損傷、溫升及加氯的影響，死亡率可達(dá)60%[10]。法國(guó)格拉夫林核電站的相關(guān)研究顯示，浮游動(dòng)物死亡率在10%以下，其中敏感群體則高達(dá)20%；底棲魚(yú)類(lèi)的卵死亡率為50%，幼魚(yú)死亡率則高達(dá)100%。對(duì)撞擊比較敏感的鯡魚(yú)死亡率高達(dá)100%，耐抗力較強(qiáng)的比目魚(yú)、鰻魚(yú)、鱸魚(yú)死亡率則在0~20%間，海蝦死亡率在30%~70%間[11]。此外，相關(guān)模擬沿海直流冷卻發(fā)電站冷卻水系統(tǒng)的取水實(shí)驗(yàn)表明，不同種類(lèi)或不同成長(zhǎng)期的物種對(duì)壓力、機(jī)械作用、熱效應(yīng)、余氯等因素的敏感度不相同，且這些因素具有一定的協(xié)同作用，可以使幼體、成年期物種的死亡率達(dá)到20%[12]。Kartasheva等[13]的研究研究結(jié)果顯示，當(dāng)溫度超過(guò)33-35℃時(shí)，取水設(shè)備中卷載的浮游動(dòng)物的死亡率大幅上升，如果冷卻水系統(tǒng)中的水溫達(dá)到40℃，死亡率通常會(huì)超過(guò)80%，盡管一部分浮游動(dòng)物能夠存活下來(lái)，但冷卻水溫差也會(huì)影響其生存能力，且死亡率隨著暴露時(shí)間和殺菌劑濃度的增加而增加。

對(duì)于沿海各核電站對(duì)海生物的機(jī)械卷載統(tǒng)計(jì)及研究，目前做的工作較少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，沿海核電站對(duì)海生物的卷載數(shù)量較大，機(jī)械卷載造成的海生物死亡率較高。對(duì)秦山二期工程的調(diào)研結(jié)果表明，進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的浮游藻類(lèi)的機(jī)械損傷率為11.98%～27.08%；但研究表明，浮游藻類(lèi)的繁殖力較強(qiáng)，在受到機(jī)械損傷后其種群能夠在較短時(shí)間內(nèi)就能迅速恢復(fù)。對(duì)浮游動(dòng)物的卷載實(shí)驗(yàn)則表明，核電取水卷載作用對(duì)浮游動(dòng)物的總損傷率約為55%，但浮游動(dòng)物生殖期短，繁殖能力強(qiáng)，其生物量周轉(zhuǎn)率較高，種群數(shù)量可快速恢復(fù)。相對(duì)而言，仔稚幼魚(yú)的資源補(bǔ)充相對(duì)較緩慢，其卷載效應(yīng)對(duì)于漁業(yè)資源的有效利用和漁業(yè)資源補(bǔ)充損害較大[14]。

卷塞卷載的負(fù)面效應(yīng)已經(jīng)引起了研究者的關(guān)注，為了降低卷塞卷載效應(yīng)的影響，魚(yú)類(lèi)收集系統(tǒng)、魚(yú)類(lèi)回流系統(tǒng)、物理屏障和行為屏障等技術(shù)被應(yīng)用于降低和緩解冷卻水系統(tǒng)對(duì)海生物的損害。Turnpenny等[15]觀察到魚(yú)類(lèi)回流系統(tǒng)可以有效降低鱈魚(yú)和鱈魚(yú)等較耐寒物種的卷塞死亡率，其存活率從47.8%到100%不等；Taft等[16]改進(jìn)魚(yú)類(lèi)回流系統(tǒng)，配備提魚(yú)桶和連續(xù)篩輪旋轉(zhuǎn)的篩網(wǎng)，使受傷魚(yú)類(lèi)的生存率進(jìn)一步提高。Thomas Thompson等[17]使用不同尺寸的網(wǎng)狀篩以減少大型生物和幼蟲(chóng)的卷塞卷載，結(jié)果顯示，使用細(xì)網(wǎng)篩成功地將卷載的生物數(shù)量減少了80%，經(jīng)轉(zhuǎn)移返回河口的生物體的存活率從小于1%到大約92%不等。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方式，建立了一個(gè)功能齊全的35kw水電站，并建立了一套物模屏障系統(tǒng)，能夠?qū)⑿◆~(yú)分隔開(kāi)來(lái)，降低對(duì)幼魚(yú)的卷載效應(yīng)。Maes等[18]使用聲學(xué)威懾系統(tǒng)將河口魚(yú)類(lèi)從發(fā)電站冷卻水入口驅(qū)趕，魚(yú)的入侵量減少了60%。此外，設(shè)置核電站取水海生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以進(jìn)一步揭示核電站卷塞卷載效應(yīng)對(duì)對(duì)海洋環(huán)境和生物學(xué)的影響，同時(shí)可以對(duì)生物爆發(fā)提前預(yù)警，確保冷源安全；建設(shè)人工魚(yú)礁對(duì)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵能夠產(chǎn)生誘集作用，不僅可以作為安全的產(chǎn)卵場(chǎng)，又可以減少卷載效應(yīng)引起的損失[19]。

4 海生物保護(hù)的研究需求

卷塞卷載效應(yīng)是核電站取水必須考慮的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)持續(xù)開(kāi)展多年研究，但直至目前仍沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法，在對(duì)海生物的影響研究，特別是對(duì)不同魚(yú)類(lèi)種群、局部生態(tài)系統(tǒng)的危害方面仍沒(méi)有達(dá)成一致意見(jiàn)。盡管沒(méi)有明顯證據(jù)表明核電站卷塞卷載效應(yīng)是引起漁業(yè)資源衰退的主要原因，但毋庸置疑，卷塞卷載的負(fù)面效應(yīng)不容忽視，核電站取水作為人為因素必然加劇該進(jìn)程。因此，從漁業(yè)資源保護(hù)角度、落實(shí)相關(guān)法律法規(guī)要求、電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行、電廠經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性角度來(lái)看，亟需加強(qiáng)對(duì)卷塞卷載作用緩解、海生物保護(hù)的研究。

第一，從漁業(yè)資源保護(hù)角度來(lái)看，仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵保護(hù)工作有待開(kāi)展。我國(guó)部分海域已面臨海洋漁業(yè)資源衰退的問(wèn)題，仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵是寶貴的海洋資源，是漁業(yè)資源補(bǔ)充的最直接來(lái)源，亟需采取有效措施進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)核電站周?chē)Ｓ蛩锖退鷳B(tài)系統(tǒng)，要從電廠選址、工程設(shè)計(jì)以及運(yùn)營(yíng)管理等方面入手，建立水生物友好型的冷卻取水系統(tǒng)，減少取水時(shí)對(duì)魚(yú)類(lèi)的直接作用，從而降低取水系統(tǒng)對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響[20]。

第二，保護(hù)仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵是落實(shí)當(dāng)前法律法規(guī)及核動(dòng)力廠評(píng)價(jià)指南的重要任務(wù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定的的要求，例如《核動(dòng)力廠取排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)指南》，進(jìn)一步采取措施，解讀并落實(shí)有關(guān)規(guī)定的要求，開(kāi)展仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵保護(hù)工作。同時(shí)，應(yīng)形成漁業(yè)資源損失評(píng)估參數(shù)體系，引導(dǎo)魚(yú)卵、仔稚幼魚(yú)損害評(píng)估工作標(biāo)準(zhǔn)化，避免不同尺度評(píng)估方式引起的結(jié)果差異性。

第三，電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行依賴(lài)于冷源取水安全，而卷塞卷載作用具有間接破壞物種平衡的負(fù)面效應(yīng)，這可能引起生物爆發(fā)造成取水堵塞，成為冷源取水的潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而形成了惡性循環(huán)，因此，保護(hù)海生物，避免或減少卷塞卷載作用，是遏制惡行循環(huán)的有效手段，同時(shí)又是促進(jìn)物種平衡、電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行良性循環(huán)的有效良方。

第四，從電廠的環(huán)境友好性角度，降低卷載卷塞的影響是重要要求。從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)說(shuō)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年核電站在生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)修復(fù)等方面需要投入大量資金；從生態(tài)冷源角度切入，研究海生物的卷塞卷載狀況，尋求立足核電需求的科學(xué)方法手段，以促進(jìn)海生物保護(hù)的可持續(xù)。此外，保護(hù)海洋生態(tài)是當(dāng)前發(fā)展階段的重要任務(wù)之一。黨的十八大以來(lái)，生態(tài)文明建設(shè)已擺在全局工作的突出位置。研究海生物的卷載狀況，立足核電需求醞釀可用的方法手段，對(duì)仔稚幼魚(yú)和魚(yú)卵等海生物進(jìn)行保護(hù)，以降低卷塞卷載效應(yīng)對(duì)于海生物的影響。在保證核電安全性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上，應(yīng)做好生態(tài)保護(hù)工作，助力核電更高質(zhì)量發(fā)展。

5 結(jié)論及展望

海生物卷塞卷載效應(yīng)對(duì)于漁業(yè)資源保護(hù)、電廠經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境友好性都有較大影響，尤其是對(duì)于仔稚幼魚(yú)及魚(yú)卵的影響較大，目前對(duì)于卷塞卷載的研究較少，相關(guān)的措施研究不足。在保證核電的安全和經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，做好生態(tài)保護(hù)工作，助力漁業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展，提升核電的環(huán)境友好性，是后續(xù)研究的重點(diǎn)。